一氧化氮在植物发育及植物–微生物互作中的作用机制研究进展

一氧化氮 (NO) 作为高活性信号分子,是调控植物生长发育的关键因子。NO可提高植物对非生物胁迫及生物胁迫的抗性,增强植物的免疫能力。最新的研究表明,NO在植物根系与微生物的互作过程中发挥着重要作用,NO能够促进植物根系与根瘤菌及丛枝菌根真菌形成共生体,从而提高植物对土壤氮磷养分的获取。NO作为信号物质调控植物对生物胁迫和非生物胁迫抗性的主要机制有:1) NO与活性氧系统互作,调节活性氧的水平,缓解氧化应激反应对植物的伤害;2) NO通过蛋白质的翻译后修饰,对植物免疫及抗逆过程进行调节;3) NO与多种植物激素互作,参与激素对植物生长发育的调节过程。而且NO可促进共生体的形成及发育相关基因表达,抑制免疫基因表达,通过NO与植物球蛋白 (phytoglobin) 的循环维持共生体的氧化还原水平及能量状态,从而促进植物–微生物共生关系。以往关于NO的研究主要集中在前3个方面,有关NO在植物–微生物互作中的作用机制的研究较少,NO参与植物–微生物互作机制的研究亟待加强。揭示NO增强植物抗逆性及其调节根系发育的机制,深入探究NO调控植物–微生物互作的机理,对于提高集约化作物生产体系中养分利用效率和作物生产力具有重要的理论与实践意义。     

植物保卫细胞的激素信号转导网络研究进展

保卫细胞可以感知并整合多种信号,以调节膨压和气孔运动,是研究植物激素信号互作的模式体系。本文对保卫细胞中植物激素脱落酸信号转导及其与其他植物激素的互作进行了综述,以期全面介绍保卫细胞植物激素信号转导网络的最新进展,并对今后的研究及其在作物生产中的潜在应用价值进行了展望。     

水稻中生长素作用的分子机理研究进展

水稻的生长与发育是受多个植物激素协同调控的,其中认识最早和研究最深的是生长素。随着分子技术的进步,研究生长素的作用机制已经深入到细胞和基因水平,包括生长素的代谢、运输、信号感知和传导,并且生长素的信号传导在水稻生长发育过程中与其他激素相互交叉、协调作用。研究生长素的作用机制对植物生长发育具有重要意义。     

UV-B辐射对植物水分代谢的影响

为系统了解UV-B辐射对植物水分代谢的影响, 本文从生理、生化两个角度概述了近30年国内外相关方面的研究成果, 内容涉及UV-B辐射对植物根系活力、蒸腾速率、水分利用效率及植物不同发育期叶片脯氨酸、可溶性糖含量的影响;总结了UV-B辐射对植物气孔行为的影响及相关机理, 包括植物体内ABA、H2O2、NO等信号分子含量的变化以及这些信号分子在调节气孔行为方面发挥的作用。认为UV-B辐射对植物水分 代谢产生伤害, 且此伤害作用与植物种类、发育阶段有关, 与UV-B辐照时间及剂量正相关。研究UV-B辐射对植物水分代谢的影响, 对自然及农业生产环境下规避UV-B辐射对植物产生逆境胁迫效应具有积极的环境生态学价值。     

植物诱导抗虫基因研究进展

植物的诱导抗虫基因可分为3类，即防御基因、防御物质合成基因和信号途径基因，综述了这3类基因的种类及其功能。植物诱导抗虫基因除了受昆虫和损伤诱导外，还受植物激素茉莉酮酸酯、水杨酸、阿司匹林、脱落酸和乙烯，以及其它信号物质的调控，这些信号物质的调控途径组成了复杂的植物防御的信号传输网络。植物诱导抗虫基因的研究将为害虫防治提供新的途径。     

UV-B辐射对植物水分代谢的影响

为系统了解UV-B辐射对植物水分代谢的影响, 本文从生理、生化两个角度概述了近30年国内外相关方面的研究成果, 内容涉及UV-B辐射对植物根系活力、蒸腾速率、水分利用效率及植物不同发育期叶片脯氨酸、可溶性糖含量的影响;总结了UV-B辐射对植物气孔行为的影响及相关机理, 包括植物体内ABA、H2O2、NO等信号分子含量的变化以及这些信号分子在调节气孔行为方面发挥的作用.认为UV-B辐射对植物水分代谢产生伤害, 且此伤害作用与植物种类、发育阶段有关, 与UV-B辐照时间及剂量正相关.研究UV-B辐射对植物水分代谢的影响, 对自然及农业生产环境下规避UV-B辐射对植物产生逆境胁迫效应具有积极的环境生态学价值.     

植物应答缺铁胁迫的分子生理机制及其调控

铁是植物生长发育中所必需的微量营养元素。虽然土壤中铁的丰度很高,但其生物有效性非常低,特别是在碱性石灰性土壤上,高pH和高重碳酸盐含量严重降低了土壤中铁的有效性。因此如何有效地提高植物对铁的利用效率及增强植物对缺铁胁迫的响应已成为目前该领域的研究热点。本文重点阐述了植物两种不同的铁吸收机制,以及对缺铁胁迫的应答反应;对目前所发现的植物中调控缺铁胁迫的相关基因进行了全面的综述,包括新发现的吞噬机理中所涉及的NRAMP基因;同时也介绍了感应铁缺乏的众多相关信号,包括植物激素、气体信号分子及microRNAs等;此外,还提出利用铁吸收相关基因的转导、控制铁吸收相关因子以及各种农艺措施的实施来提高植物铁的生物有效性从而有效缓解缺铁胁迫。最后对未来有关植物吞噬机制、铁缺乏感应信号及改善植物铁营养新途径等研究方向作了初步展望。     

F-box蛋白家族在植物抗逆响应中的作用机制

SCF复合体泛素连接酶E3介导的泛素化蛋白降解是翻译后水平上对生命进程进行调控的一个重要方式。它的关键组分F-box蛋白负责识别被降解的靶底物蛋白。植物F-box基因家族成员众多,极具多样性。F-box蛋白N端常含F-box基序,C端常为蛋白互作保守结构域,该结构具多样性,可识别不同底物,是F-box蛋白分类的依据。研究表明,F-box蛋白参与调控植物的许多生命进程,包括抗逆反应。本文就近年来F-box蛋白在植物抗逆反应中的作用机制进行总结。F-box蛋白大多以SCF复合体泛素连接酶E3介导的泛素化蛋白降解目标蛋白的方式调控抗逆反应,也有不依赖形成SCF复合体的方式行使功能,不少F-box蛋白参与了植物激素信号传导,通过调控转录因子活性而改变下游基因的表达,由此影响了植物的抗逆反应。基因表达谱的生物信息学预测表明,大多数F-box基因参与了植物抗逆反应,目前只有其中一小部分已报道了其抗逆调节功能。在此综述了这些F-box蛋白在植物抗逆胁迫中的研究进展。在干旱和盐碱胁迫反应中,F-box基因常通过影响植物激素脱落酸、乙烯等植物激素信号传导而调控抗逆。由于干旱和盐碱胁迫具协同性,不少F-box基因同时参与抗旱和抗盐碱胁迫,但调节方式有所不同,一些F-box基因对抗干旱和盐碱的反应具协同性,从总体上调控植物的渗透胁迫和离子毒害反应;而另一些F-box基因对干旱和盐胁迫反应的调节作用相反,它们可能在植物抗逆的精细调节中起作用。在低温胁迫反应中,F-box蛋白可调节植物抗低温的CBF信号途径。在生物胁迫反应中,F-box基因常通过影响植物激素茉莉酸和水杨酸途径来调控抗病,病原菌也以攻击植物SCF复合体使植物致病。此外,植物激素信号途径之间相互作用,共同影响抗逆反应。     

丛枝菌根提高植物耐盐性的研究进展

近年来,土地盐渍化越来越多的引起人们的关注,已成为最常见的农业问题之一,其对人类造成的危害主要是使农作物减产甚至绝收,并间接造成生态环境恶化。研究表明丛枝菌根真菌(Arbuscular Mycorrhiza Fungi,AMF)在盐胁迫下能与很多种植物共生,能够提高植物的耐盐性,促进植物在盐胁迫中生长。因此,探索AMF缓解盐胁迫对植物的危害是近年来生态学和农业生产中的热点问题。综述了AMF在植物干物质的积累、营养吸收、渗透调节、抗氧化酶系统、叶绿素浓度、水分状况、植物激素信号以及一些耐盐相关基因方面国内外最新的研究成果,并对利用AMF提高植物耐盐性相关研究提出了展望,以期为盐碱地的改良及农业生产提供参考依据。     

ABA在生物胁迫应答中的调控作用

植物激素ABA不仅调控非生物胁迫应答,而且在应对各种生物胁迫中发挥重要的调控作用。ABA负调控植物对生物胁迫的抗性主要是通过与水杨酸、茉莉素和乙烯信号传导途径的互作以及影响这些信号途径中的信号组分来实现的。文章综述了ABA信号转导途径及其在生物胁迫应答过程中的调控作用。     

平邑甜茶幼苗生长过程中精氨酸和一氧化氮水平的变化

研究了平邑甜茶幼苗生长过程中根、茎、叶和子叶精氨酸、精氨酸酶、一氧化氮（NO）、一氧化氮合酶（NOS）水平的变化及其与幼苗生长发育的关系。结果表明,精氨酸含量和精氨酸酶活性子叶中最高,且随幼苗生长发育逐渐下降,其次为叶片和茎,根中最低。幼苗生长第5 d的子叶中NO含量及NOS活性均最高,此后迅速下降至较低水平。除子叶外,NO含量和NOS活性在茎中较高,生长第11 d均达到最高,与茎的快速生长相适应;叶片居中,在第17 d达到高峰,与叶片的快速生长有关;根中最低,在第8 d达到最高,与主根的快速生长相对应。这些结果表明,NO在快速生长的器官中含量高,可能与平邑甜茶幼苗各器官的生长发育有关;而子叶中的精氨酸可能是平邑甜茶幼苗早期生长主要的氮素贮藏营养物质之一。     

NO浓度对小白菜生长和品质的影响

【目的】研究不同浓度NO气体对小白菜生物量、营养及抗氧化品质的影响,以期为大气NO污染的植物生态响应研究及农业生产提供理论依据。【方法】以小白菜为研究对象,采用密闭体系内土培的种植方式,研究浓度 (0、100、200和400 nL/L) 外源NO气施对小白菜生物量以及营养品质 (硝酸盐、可溶性糖和可溶性蛋白) 和抗氧化品质 (总酚、总黄酮和抗坏血酸) 的影响。【结果】1) 100、200和400 nL/L外源NO气体处理下,小白菜鲜重分别比对照增加了64%、42%和10%;干重增加了88%、61%和49%,以施加NO 100 nL/L最有利于的小白菜生长。2) 与不施加NO对照相比,施加外源NO气体100、200和400 nL/L使小白菜叶片硝酸盐含量分别减少了59%、76%和94%。NO气体也有利于小白菜可溶性糖以及可溶性蛋白含量的积累,并以100 nL/L时的促进效果最佳。3) 与对照相比,100、200和400 nL/L外源NO气体均促进了小白菜体内总酚、总黄酮及抗坏血酸的含量。【结论】适量外源NO气体对小白菜的生物量及品质均有一定的促进效果。综合来看,在蔬菜大棚生产中,施加NO 100 nL/L提高小白菜生长和品质的效果最好。     

一氧化氮和乙烯在黄瓜不定根发生过程中的作用及其关系

为探讨乙烯(ethylene)和一氧化氮(NO)在植物不定根形成过程中的作用及其相互关系,以黄瓜为试材,运用生理学、药理学和细胞生物学的方法研究NO参与乙烯诱导不定根生成过程中细胞周期时相、光合参数和营养物质含量的变化。结果表明,50μM NO供体S-亚硝基-乙酰青霉胺(SNAP)可显著促进黄瓜外植体不定根的形成。乙烯利(ethrel)和SNAP可以单独或协同促进黄瓜不定根的发生,且共处理效果更显著;处理ethrel的根数和根长分别较对照高62%和103%,处理ethrel+SNAP的根数和根长分别较对照提高了82%和128%。NO清除剂c PTIO能抑制乙烯对不定根形成的促进作用,但对内源乙烯的释放无影响,说明在不定根生成过程中NO处于乙烯信号通路的下游。乙烯和NO提高了黄瓜外植体内可溶性总糖、可溶性蛋白、叶绿素含量和叶绿素荧光参数,降低了外植体淀粉含量;在12 h时,处理ethrel的外植体可溶性糖含量、叶绿素a含量和最大光化学效率(Fv/Fm)值较对照分别增加了75%、190%和28%;处理ethrel的淀粉含量在4 h时较对照降低了33%。ethrel和SNAP促进细胞从G1期向S期转移,激活细胞周期活性;同时,c PTIO逆转了乙烯对营养物质含量、光合系统及细胞周期的诱导效应。可见,乙烯诱导黄瓜不定根的发生过程需要NO的参与。本研究结果为进一步探讨乙烯和NO信号调控在植物生长发育补充了新的资料,拓展了对植物不定根发生调控机制的认识。     

外源NO对采后绿芦笋木质化和抗氧化能力的影响

为探讨NO处理对采后绿芦笋木质化合成的调控机理。以0.2mmol/L的硝普钠为一氧化氮供体,以蒸馏水处理为对照,研究了NO对采后绿芦笋总酚、木质素含量;木质素合成关键酶(苯丙氨酸解氨酶、肉桂醇脱氢酶、过氧化物酶、多酚氧化酶);抗氧化能力(1,1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基清除率、超氧阴离子自由基(O2.-)清除率、羟基自由基(·OH)清除率)及膜透性的影响,结果表明,与对照相比,NO处理可延缓采后绿芦笋木质素含量和膜透性的增加,抑制肉桂醇脱氢酶和多酚氧化酶活性,增强抗氧化能力,诱导过氧化物酶活性增强,但对苯丙氨酸解氨酶活性和总酚含量的影响不显著。说明NO处理是通过抑制肉桂醇脱氢酶和多酚氧化酶活性、提高抗氧化能力而延缓采后绿芦笋的木质化进程。研究结果可为NO在绿芦笋保鲜中的应用提供理论依据和技术方法。     

外源NO对盐胁迫下小麦幼苗生长及生理特性的影响

在盆栽试验条件下,以冬小麦(山农22)为供试材料,以硝普钠(SNP)为外源一氧化氮(NO)供体,研究了3种施用方式的外源NO对盐胁迫下小麦幼苗生长及生理特性的影响。试验共设5个处理:对照(CK)、氮磷钾(NPK)肥(T1)、NPK肥+SNP浸种(T2)、NPK肥+SNP粉末施入土壤(T3)和NPK肥+SNP缓释颗粒施入土壤(T4)。结果表明:盐胁迫条件下,小麦植株体内会积累大量的活性氧,抑制了小麦幼苗的生长;T1-T4处理的小麦幼苗长势均优于CK。与T1处理相比,添加外源NO的T2-T4处理均可显著提高小麦出苗率,其中以T4效果最为显著,可显著促进小麦幼苗的生长,提高叶片鲜重、叶片干重、叶绿素含量及抗氧化酶活性,降低叶片中超氧阴离子产生速率及过氧化氢含量,减少小麦幼苗对Na+的吸收,增加K+的吸收,维持小麦体内Na+、K+平衡,并促进根系对N、P元素的吸收,从而保证小麦植株养分吸收平衡。因此,添加外源NO既能通过促进幼苗生长、提高抗氧化酶活性、调节离子平衡等途径来提高小麦幼苗的抗盐性,缓解盐胁迫对小麦幼苗的伤害,又能通过调节根系对营养元素的吸收来促进小麦幼苗的生长。且在3种不同的SNP施用方式中,以SNP制成缓释颗粒施入土壤的施用方式对小麦盐胁迫的缓解效果最优。     

Exogenous Nitric Oxide Effects on Physiological Characteristics of a Peanut Cultivar Growing on Calcareous Soil

This study examined the effects of exogenous nitric oxide (NO) on physiological characteristics of peanut (Arachis hypogaea L.) growing on calcareous soil. Sodium nitroprusside (SNP) was added into slow-release fertilizer (SRF) or sprayed on leaves to supply NO for iron-deficient peanut. The results showed that root application of SNP at 5.63 mg/g and foliar spray of SNP at 1.0 mmol L^?1 significantly enhanced the peanut growth, pod yield, and quality. The soil pH was reduced, and available iron content and iron (Fe³⁺) reductase activity in root were increased, indicating NO application improved the availability of iron in the soil. Additionally, NO increased the chlorophyll and active iron content in young leaves, implying NO enhanced the availability of iron within the plant. Nitric oxide also inhibited the malondialdehyde (MDA) accumulation in leaves and increased the activity of antioxidant enzymes, which protected peanut against iron-deficiency-induced oxidative stress. It was concluded that NO might be employed for ameliorating iron-deficient chlorosis of peanut on calcareous soil when added into SRF or sprayed on leaves.     

植物耐盐性机理及基因控制技术研究进展

该文对近年来国内外植物耐盐性方面的研究成果作了简单的综述，包括植物的耐盐机制、盐胁迫对植物光合作用、细胞膜透性、激素、矿质元素吸收、有机物质的积累、保护酶类的活性的影响，以及植物的耐盐性在基因工程上的应用。     

植物耐盐性机理及基因控制技术研究进展

该文对近年来国内外植物耐盐性方面的研究成果作了简单的综述,包括植物的耐盐机制、盐胁迫对植物光合作用、细胞膜透性、激素、矿质元素吸收、有机物质的积累、保护酶类的活性的影响,以及植物的耐盐性在基因工程上的应用。     

棉花DELLA蛋白基因GhGAI3和GhGAI4启动子的克隆及序列分析

棉纤维是纺织行业的重要原材料。赤霉素能够促进棉纤维的生长发育,而DELLA蛋白又是赤霉素信号转导通路中的关键调控因子,因此研究棉花DELLA蛋白基因表达的调控模式,对阐明棉纤维生长发育的分子生物学机理具有重要意义。本研究根据两个棉花DELLA蛋白基因GhGAI3和GhGAI4序列设计特异引物,以陆地棉新陆早13号的基因组DNA为模板,用基因组步移法克隆了棉花DELLA蛋白基因GhGAI3和GhGAI4的启动子。对两个启动子进行序列分析表明,这两个启动子均具有真核生物典型的核心启动子区,同时也都具有一个或多个光响应元件和赤霉素响应元件,说明这两个基因可能受到光信号和赤霉素信号的调控,这与其它植物中DELLA蛋白的表达模式是一致的。此外,这两个启动子还具有各种转录调控相关的顺式作用元件,比如其它激素类的响应元件和逆境胁迫响应元件,说明棉花中DELLA蛋白基因可能在响应其它激素信号以及逆境胁迫中也起到一定的作用。